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Une stratégie des plantes au service d’une meilleure technologie énergétique


​Des chercheurs du SB2SM et quatre autres équipes (Université de Yale, Arizona State University, Argonne National Lab et Institut pour le calcul à haute performance, Singapour) ont identifié un mécanisme de la photosynthèse qui protège les plantes d'un excès d'énergie lumineuse. Ces résultats pourraient contribuer au développement de systèmes énergétiques plus efficaces dans les nouvelles technologies solaires.

Publié le 7 juillet 2017

​La collecte, le transfert et le stockage d'énergie pendant les premières étapes de la photosynthèse demeurent l'une des merveilles du monde vivant. Au cours de la photosynthèse, les plantes utilisent la lumière du soleil pour convertir le dioxyde de carbone et l'eau en sucres et en oxygène. Il s'agit d'une série de réactions très complexes, que les chercheurs essaient de plus en plus d'imiter afin de concevoir de nouvelles voies de synthèse de biocarburants utilisant l'énergie du Soleil.

L'un des éléments les plus intéressants de la photosynthèse, d'après les scientifiques, est l'antenne photosynthétique. Il s'agit d'un dispositif moléculaire de récolte de la lumière qui déclenche le passage rapide des électrons de l'eau vers le dioxyde de carbone. Mais pour que les antennes photosynthétiques fonctionnent bien, la protection par des pigments chimiques sophistiqués appelés caroténoïdes est nécessaire.

Dans cette nouvelle étude publiée dans PNAS, les chercheurs ont identifié comment fonctionnent ces pigments responsables de la protection des antennes photosynthétiques.

« De la même façon que les peintures sont blanchies par la lumière, les matériaux pour la photo-conversion souffrent de processus de dégradation. La nature a développé des systèmes utilisant des caroténoïdes qui absorbent l'excès d'énergie et protègent les antennes des réactions de décomposition. Ainsi, dans notre étude, nous avons révélé les paramètres et les mécanismes régissant un processus fondamental pour la photoprotection, les transferts d'énergie vers des molécules capables de piéger rapidement l'énergie non désirée », explique Bruno Robert, chef du SB2SM et auteur principal de l'étude. Dans les plantes, ces transferts sont mille fois plus rapides que chez les organismes anaérobies.

En prenant en compte la structure des molécules impliquées, ainsi que la présence des acides aminés autour de ces molécules, les auteurs ont pu modéliser ces différences de cinétique, et comprendre en détail les paramètres à l'origine de l'efficacité de ces transferts. En particulier, ils ont montré qu'une configuration particulière des caroténoïdes permettait un bien meilleur transfert depuis les chlorophylles.

 Organisation des pigments photoprotecteurs (caroténoïdes, orange) et photoprotégés (chlorophylles, vert foncé). L'étude a permis de comprendre les cinétiques et les rendements des réactions permettant la photoprotection.

La compréhension de ce processus et la caractérisation d' « empreintes digitales » pour identifier les pigments spécifiques impliqués, sont essentielles pour concevoir des systèmes d'exploitation de l'énergie solaire photoprotégés par des molécules annexes, et donc plus stables dans le temps.

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